高速列車半主動(dòng)懸掛.doc

《高速列車半主動(dòng)懸掛.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、高速列車半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的研究與發(fā)展1.車輛懸掛系統(tǒng)概述列車懸掛控制系統(tǒng)的減振效果直接影響列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和旅客乘坐的舒適度。對高速列車懸掛控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),是衰減列車橫向振動(dòng)、提高列車橫向平穩(wěn)性的有效方法,對我國高速列車的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。高速列車的懸掛系統(tǒng)與兩個(gè)主要性能即平穩(wěn)性和穩(wěn)定性密切相關(guān)。目前應(yīng)用的懸掛系統(tǒng)主要有三種：被動(dòng)懸掛，全主動(dòng)懸掛和半主動(dòng)懸掛。傳統(tǒng)的被動(dòng)懸掛系統(tǒng)由于其彈性元件和阻尼元件的參數(shù)不能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因而不能使高速列車的乘坐平穩(wěn)性和操作舒適性同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。全主動(dòng)懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，因而難以得到應(yīng)用。阻尼可調(diào)的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)與全主動(dòng)懸掛系

2、統(tǒng)相比，雖然對振動(dòng)控制的性能略差，但其結(jié)構(gòu)相對簡單，價(jià)格低廉，同時(shí)，在控制品質(zhì)上又能接近于主動(dòng)懸掛，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。特別是磁流變減振器的出現(xiàn)，加快了半主動(dòng)懸掛產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程,半主動(dòng)懸掛目前已經(jīng)成為高速列車車輛懸掛控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。2.半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)工作原理半主動(dòng)懸掛是為克服全主動(dòng)懸掛系統(tǒng)所需較大的控制能量和高成本作動(dòng)器而提出的。由于改變剛度同樣需要較大的能量，而改變阻器的阻尼值相對容易實(shí)現(xiàn)。它與全主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)不同之處在于:半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)用可控阻尼器代替主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中的主動(dòng)力作動(dòng)器，它與被動(dòng)懸掛系統(tǒng)一樣都是利用彈性元件與阻尼元件并聯(lián)來支撐懸掛質(zhì)量。但二系

3、阻尼器是一個(gè)可控阻尼器，控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)阻尼值來控制阻尼力，從而改善懸掛系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能。半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)在工作時(shí)，以消耗系統(tǒng)較少內(nèi)部能量為約束條件，因此，基本不需要系統(tǒng)外部能量的輸入，其用于控制阻尼器的能量相對于全主動(dòng)懸掛所需要的能量是微不足道的，故也稱無源主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)。其原理如圖1一8所示，如圖1一9所示為半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)的方框圖。半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)從軌道不平順輸入到車體振動(dòng)輸出的動(dòng)力學(xué)模型與被動(dòng)懸掛系統(tǒng)的相同。但二系懸掛阻尼器的阻尼值是根據(jù)車體振動(dòng)而時(shí)變的參數(shù)，即半主動(dòng)懸掛控制系統(tǒng)，按其可控阻尼器的調(diào)節(jié)特性又可分為:有級型半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)和無級型(或連續(xù)型)半主動(dòng)

4、懸掛系。有級型半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)所用的可控阻尼器的阻尼系數(shù)不能連續(xù)變化，它在生產(chǎn)加工時(shí)就采用分級閥門開關(guān)特性，其結(jié)構(gòu)較簡單，既可采用人工調(diào)節(jié)，也可通過傳感器、控制裝置構(gòu)成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。連續(xù)型半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的所采用的阻尼器，其阻尼系數(shù)是連續(xù)可調(diào)，即節(jié)流孔調(diào)節(jié)和減振液粘性調(diào)節(jié)兩種類型。由傳感器和控制裝置構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)，其可采用的控制算法較為豐富，半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的特點(diǎn)有：（1）半主動(dòng)懸掛力發(fā)生裝置為是減振器，因此控制系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性，在故障等異常動(dòng)作時(shí)，確保行車安全較為容易。（2）與主動(dòng)懸掛不同，因不需要油壓和氣壓等動(dòng)力源，控制裝置成本低、安裝調(diào)試方便。（3）與主動(dòng)懸掛一樣，可

5、以根據(jù)車體振動(dòng)實(shí)時(shí)地控制二系作用力。大量資料表明:半主動(dòng)懸掛旨在以接近被動(dòng)懸掛的造價(jià)和復(fù)雜程度來提供接近全主動(dòng)懸掛的性能，不但有良好的性價(jià)比，而且能保失效狀態(tài)下行車的穩(wěn)定性和安全性。3.國內(nèi)外主動(dòng)/半主動(dòng)懸掛研究和應(yīng)用狀況（1）國外主動(dòng)/半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的應(yīng)用狀況日本500系為了以提高舒適性為目標(biāo)，在兩頭車廂（1，16號車廂）安裝主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，而在安裝受電弓的車廂上（5，13號車廂）和綠色車廂（8，9，10號車廂）上安裝半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)。裝用半主動(dòng)懸掛裝置后，列車的乘坐舒適性從“普通”區(qū)域提高到“良好”一“普通”區(qū)域。裝用半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的500系列新干線動(dòng)車無論運(yùn)行在明線或隧

6、道內(nèi)，都有改善乘坐舒適性的效果?？梢源_認(rèn)，這種列車在300km/h速度運(yùn)行時(shí)的乘坐舒適性與以往270km/h速度運(yùn)行時(shí)的一樣或者更好。今后將以進(jìn)一步改善乘坐舒適性為標(biāo)，繼續(xù)研究改進(jìn)半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能。日本700系新干線采用了半有源懸掛系統(tǒng)。不僅在車體發(fā)生搖動(dòng)時(shí)需要使減振器向抑制振動(dòng)的方向動(dòng)作，且在由于軌道的影響使轉(zhuǎn)向架發(fā)生振動(dòng)時(shí)，為使振動(dòng)不向車體傳遞，也要求橫向減振器具有相應(yīng)的動(dòng)力衰減能力。為此，需要測出車輛的橫向運(yùn)動(dòng)加速度，控制衰減系數(shù)可變的橫向減振器的動(dòng)作，從而提高乘坐舒適性。與500系客車一樣，本系統(tǒng)安裝于兩個(gè)頭車（1號、16號車）、裝有受電弓的車廂（5號、

7、12號車）以及頭等車廂，這對于實(shí)現(xiàn)“提供舒適性更好的客車”這一目標(biāo)，具有明顯的效果。2002年，東日本旅客鐵道株式會社在其E2系新干線車輛上安裝了有源懸掛系統(tǒng)，利用氣壓作動(dòng)器和H∞控制的主動(dòng)懸掛裝置，日本E2新干線列車部分車輛上安裝的橫向全主動(dòng)懸掛系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：安裝在車體和轉(zhuǎn)向架之間傳統(tǒng)二系橫向減振器的位置上的空氣壓力式作動(dòng)器及其配套部件、車體上的加速度傳感器、根據(jù)加速度信號處理風(fēng)壓伺服閥控制信號的控制元件、減振器和其它被動(dòng)懸掛部件。這套系統(tǒng)考慮了車體的橫移、搖頭和測滾運(yùn)動(dòng)，采用H∞控制。由于起初確定的加權(quán)函數(shù)側(cè)重于